Lösungen - H.Meyberg

2011-11-18 Klassenarbeit 1 Klasse 9c Physik
Lösung
1 Atome sind etwa 10000-mal größer als ihr Atomkern. Jemand vergleicht den Atomumfang
mit der Mondbahn um die Erde (Radius etwa 380000 km) und den Atomkern mit der Erde
(Erdradius etwa 6380 km). Stimmt der Vergleich? Wenn nicht, berechne, wie groß der
Erdradius sein müsste, damit der Vergleich stimmt.
Wenn der Vergleich stimmt, müsste der Erdradius 1/10000 vom Radius der Mondbahn betragen.
Da 380000 km / 10000 = 38 km, müsste die Erde den Radius 38 km besitzen, also wesentlich
weniger als die angegebenen 6380 km.
2 Warum hält ein Atomkern zusammen, obwohl er doch aus mehreren positiv geladenen
Teilchen besteht, die sich alle abstoßen?
Wenn sich die Protonen (die positiv geladenen Kernteilchen) berühren, wirkt die Kernkraft, die
sogenannte „starke Kraft“. Dadurch ziehen sich die Protonen gegenseitig an und die Kernkraft
wirkt gegen die elektrische Abstoßungskraft. Ebenso wirkt bei den neutralen Neutronen bei
Berührung die Kernkraft untereinandern und mit den Protonen. Dadurch werden die Kernteilchen
noch stärker aneinander gebunden und die elekrische Abstoßungskraft kann mehr als
ausgeglichen werden.
3 Was passiert beim β - -Zerfall und warum wird dabei ein Elektron erzeugt?
Beim β - -Zerfall wandelt sich ein Neutron in ein Proton, ein Elektron und ein Antineutrino um.
n → p + +e − +̃ν
Das Neutron ist elektrisch neutral. Es kann nicht einfach eine positive Ladung (des Protons)
entstehen. Deshalb muss auch ein Teilchen mit einer negativen Ladung erzeugt werden. Dabei
handelt es sich um ein leichtes Teilchen, das Elektron. Zusammen sind das Proton und das
Elektron elektrisch neutral.
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4 Bestimme die Halbwertzeit einer radioaktiven Substanz, deren Zerfall durch folgende
Zerfallskurve gegeben ist.
Setzt man waagrechte
Linien jeweils nach
Erreichen der halben
Anzahl der Zerfälle, so
haben die zugehörigen
senkrechten Linien alle
den gleichen Abstand
2,5 h.
Die Halbwertzeit beträgt
also 2,5 Stunden.
5 Was sind α-, β- und γ-Strahlen und welches Material benötigt man mindestens, um sich vor
den Strahlen zu schützen?
Helium-Atomen
Elektronen
Licht / Energie
Pappe oder Papier
Metall
Blei
6 In einer Nebelkammer, unter der ein Magnet liegt, erkennt
man folgende Nebelspuren:
a) Welche Zerfälle treten bei dem Präparat auf?
α- und β-Zerfälle (dicke Linien sind Spuren der α-Teilchen,
dünne Spuren gehören zu den β-Teilchen)
b) Warum gibt es bei den dicken Linien 2 verschiedene
Längen, obwohl mehrere dicke Linien jeweils gleich
lang sind?
α-Teilchen gleicher Energie geben ihre Energie auf gleich
langen Wegstrecken ab. Deshalb sind einige Linien auch gleich
lang. Da 2 verschiedene Längen vorkommen, gibt es hier zwei
verschiedene α-Zerfälle.
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7 3 Schüler sollen den Nulleffekt im Physikraum messen und geben folgende Diagramme ab:
Waagrecht ist die Zeit in Minuten, senkrecht die Zählrate abgetragen.
a) Wie kommen die Unterschiede in den Diagrammen zustande?
Man kann am Abstand der Messpunkte erkennen, dass die einzelnen Messzeiten bei den 3
Versuchen unterschiedlich waren. Links wurde jede Minute gemessen, in der Mitte alle 20 Minuten
und rechts alle 5 Minuten. Darum sind die mittleren Messwerte rechts 5-mal und in der Mitte 20-
mal so groß wie links.
b) Ermittle mit Hilfe der Graphen, wieviel Zerfälle man pro Minute im Mittel misst.
Links erkennt man als Mittelwert 15, d. h. pro Minute finden im Mittel 15 Zerfälle statt.
8 Gib mindestens 3 verschiedene Verhaltensmaßnahmen an, mit denen man sich vor
Radioaktivität schützen kann.
1: Abstand halten 2: Abschirmung anbringen 3: kurze Kontaktzeit
9 Ein radioaktives Präparat A besitzt die Aktivität 200 kBq, ein Präparat B die Aktivität 400 kBq.
a) Warum kann man nicht sagen, welches der Präparate gefährlicher ist?
Die Gefährlichkeit hängt davon ab, wieviel Energie auf den Körper übertragen wird. So kann eine
hochenergetische Strahlung der Aktivität 200 kBq gefährlicher sein als eine schwachenergetische
Strahlung der Aktivität 400 kBq.
b) Welche physikalische Größe gibt die Gefährlichkeit eines radioaktiven Stoffs am besten
an und in welcher Einheit wird diese Größe angegeben?
Die Gefährlichkeit wird am besten durch die Äquivalentdosis angegeben, weil dabei neben der
Energie noch die Art der Strahlung (α, β, γ, n) berücksichtigt wird. Sie wird gemessen in der
Einheit Sievert (Sv).
10 Was sind a) somatische und b) genetische Strahlenschäden?
a) Schäden am eigenen Körper b) Schäden bei den eigenen Kindern, Enkeln, ...
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17
11 a) Woraus besteht der Atomkern eines 7
N -Atoms?
17
besteht aus 7 Protonen und 17-7=10 Neutronen.
7 N
b) Ist dieser Kern stabil oder in welchen Kern zerfällt er mit welchem Zerfall?
Aus der Nuklidkarte liest man ab:
17
7
N
→ β
17
8
O
12 Gib die vollständige Zerfallsreihe für das Isotop Th-232 an. Falls zwei verschiedene Zerfälle
möglich sind, verfolge beide möglichen Wege.
Th−232 → α Ra−228 → β Ac−228 → β Th−228 → α Ra−224 → α Rn−220 → α Po−216 → α
entweder Pb−212 → β Bi−212 → β Po−212 → α Pb−208
oder Pb−212 → β Bi −212 → α Tl −208 → β Pb−208
Viel Erfolg bei der Bearbeitung der Aufgaben!
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